Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1988. január-június (21. évfolyam, 1-25. szám)
1988-06-17 / 24. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA szú H VI. 17. A rabot szó a tudományos-fantasztikus irodalom klasszikus alkotásainak a hatására még ma is sokakban kelti az ember formájú, értelmes, lépegető szerkezet képzetét. Természetesen nem lehet kizárni, hogy már a közeljövőben sor kerülhet hasonló alkotások megtervezésére (persze az is lényeges kérdés, hogy célszerú-e ilyen formát alkalmazni) ám a jelen pillanatban az ipari robotok fejlesztése más irányban halad. A Csillagok Háborújából ismert R2 és android társa iránti lelkes rajongókat sajnos le kell csillapítani azzal az egyszerű ténynyel, hogy manapság még a legfondorlatosabb japán csúcstechnológiával sem lehetne hasonlóan csodás szerkezeteket előállítani. Az okok között szerepel például a még nagyon tökéletlen roboti látás és tárgyfelismerés. A fejlett ipari társadalmakban elterjedt ipari robotok túlnyomó többsége nem látó szerkezet. Kisebb hányaduk látása is csak szűk körű összeszereléshez felhasznált csavarok mind fejjel lefelé vagy felfelé sorakozzanak fel a gép számára. Egy látó robotnak nem okozhatna problémát kivenni bármekkora halomból és a megfelelő helyzetbe fordítani egy csavart. Érdemes tehát egy kissé részletesebben is boncolni a gépi látás megalkotásának lehetőségeit. Biológiából jól tudjuk, hogy a látás két szinten jön létre. A látószerv által felfogott információt az agy megfelelően értelmezi. A látás élessége és felbontóképessége függ egyrészt a lencse tulajdonságaitól, valamint a retina egységnyi felületén elhelyezkedő csapok és pálcikák meny- nyiségétől. Technikai „barbársággal“ fogalmazva, látásuk diszkrét mozaikszert. Az egyes idegsejtek által továbbított ingerek összességéből képződik a látott kép. A rovarok nagy összetett szemére gondolva ez a tény sokkal nyilvánvalóbbá válik. Látó robotok feladatok elvégzését teszi lehetővé. Legtöbbjük fotocellás érzékelője csak annyi információval szolgáló a vezérlőrendszernek, hogy a megmunkálandó tárgy jelen van-e vagy sem a manipulátorok munkatervében. A jobb minőségűek képessége is csak néhány, aránylag egyszerűen és biztosan megoldható funkcióra szorítkozik, mint például a távolságmérés, illetve a színfelismerés. VAKON UTÁNOZZA Mindezek ellenére vajon hogyan képesek mégis olyan elképesztő pontosságra? Ha viszont így is kitűnő minőségű munkát végeznek, vajon nem öncélú luxus megtanítani őket látni? A mai nem látó robotok ügyessége tulajdonképpen csak látszólagos és tudásuk minden titka egy előre feljegyzett folyamat vég nélküli ismételgetésében merül ki. Minden újonnan munkára fogott robotnak át kell esnie a beprogramozás műveletén, mivel egyébként csak holt fémtömeg lehetne. A beprogramozás során, képletesen szólva, mintegy a robot kezét fogva, végigvezetik azt a munka minden egyes fázisán. Az életnek ez a „belehelése“ rendkívüli figyelmet, pontosságot és szakértelmet igényel. Az ilyen módon utasításokkal ellátott robot, csakis a memóriájában tároltakkal összhangban, egyetlen rutinszerű feladatra képes. Mindaddig tökéletesen működik, amíg a megmunkálandó tárgy és berendezésre várakozó alkatrészek bizonyos tűréshatáron belül időben és térban a helyükön vannak, azaz összhangban érkeznek. Az említett tűréshatár sokszor a másodperc töredékeit, illetve a milliméter tízed-, századrészeit jelenti. Tehát minden egyes részegységet, alkatrészt, csavart, anyát külön-külön aprólékos gonddal kell rendszerezni, különlegesen kiképzett állványokra rakni, speciális konténerekben elhelyezni úgy, hogy mindig a robot keze ügyében legyenek. Ez az egész felvonulás és kiszolgálás a megtervezéstől a kivitelezésig a robotizációra fordított összegek jelentős részét emészti fel. Gyakran az is előfordul, hogy egyes alkatrészek megszokott formáját a robot tökéletlensége miatt meg kell változtatni, hozzá kell igazítani a manipulátorokhoz. Az említett kiszolgáló egységek pedig csakis akkor teszik kifizetődővé a termelést, ha nagy példányszámú sorozatgyártásról van szó. Kis szériák esetében ezek a járulékos berendezések annyira megdrágíthatják a termelést, hogy olcsóbb marad a manuális munka. HA FELNYITJUK A SZEMÉT A művi látás kifejlesztése új perspektívát nyithatna a robotizáció terén. Nem kellene például olyan mellékes dolgokkal törődni, hogy az A természet pontos megfigyelése és helyes értelmezése mindig döntő fontosságú volt a technikai civilizációk történetében. Gondoljuk csak végig a repülés diadalútját! Nem rendhagyó példa erre a művi látás témaköre sem. A technológiai fejlődés már létrehozta azt a különleges kamerát, mely a szem elvén működik, illetve a számítógépet, mely az agyat imitálja. Jogos a kérdés, hogy ha a kamera, az elektronikus számítógép is létezik már, vagy egy negyedszázada, miért váratott magára oly sokáig a gépi látás megalkotása? A válasz elsősorban minőségi okokat rejt. Csupán a hetvenes évek végére, a nyolcvanas évek elejére születtek meg azok a szükséges és elengedhetetlen technikai feltételek, melyek valóságossá tehették az ilyen irányú törekvéseket. Az információfeldolgozás sebessége, valamint a memóriaegységek kapacitása csak nemrégiben tette lehetővé, hogy érdembeni legyen ez a kérdés. Tálán hihetetlenül hangzik, de egyetlen egyszerű test azonosítása műveletek millióinak az elvégzését teszi szükségessé rövidke pillanatok alatt. A kamera lencserendszere által befogadott képet négyzethálóba rendezett fényérzékeny sejtecskék halmaza bontja föl. E2 aránylag pontatlan és durva képet biztosító 64 x 64-es négyzetháló esetében is 4096 sejtecskéról van szó, melyek mindegyike a szürkének legalább 256 árnyalatát képes megkülönböztetni. Ez összesen 4 kilobyte információnak felei meg. Egy jóval pontosabb 256x256 négyzetháló esetén már több 64 kilobyte-ra tehető térben mozgást is feltételezünk, akkor a mozgás sebességétől függően másodpercenként 12, 25 vagy még ennél is több felvétel szükséges. Már jelentéktelenül rövid, néhány másodperces vizuális emlékezés is megabyte nagyságrendű tárolókat igényel. A jobb megértés és viszonyítás kedvéért jegyezzük meg, hogy a tévékészülék képfeldolgozó képességének hozzávetőlegesen egy 625 x625-os négyzetháló felel meg. NEHÉZ LEMÁSOLNI A TERMÉSZETET De mit takar a kép értelmezésének sokat emlegetett fogalma? Ha egészen pontosak akarunk lenni, akkor három dolgot. A számítógépnek legelőször azonosítania kell a látottakat, majd meg kell határoznia a látott testek térbeli elhelyezkedését, és legvégül a tárgyak orientációjára, azaz iránybeállítottságára is választ kell kapnia. A legegyszerűbb feladat, mely már régebben megoldottnak tekinthető, a helymeghatározás. Léteznek nagy pontosságú ultrahangos vagy lézeres távolságmérő, valamint külön e célból kifejlesztett sztereó optikai rendszerek. Ilyen berendezésnek tekinthető a repülőtereken alkalmazott radar. Sajnos radarral minden repülő tárgy csak fénylő pontnak látszik, és még a legcsodálatosabb készülékek sem képesek megkülönböztetni egymástól a légifolyosókon közlekedő gépeket. Ennél is bonyolultabb az azonosítás problémája. Sajnos a megoldáson töprengve nem hagyatkozhatunk a természetre, mivel még távolról sem tisztázódott az a folyamat, mely alapján a magasabb rendű élőlények felismerik környezetüket. Csak egészen ködös elképzeléseink vannak arról, hogy mi is megy végbe az agyban, milyen törvényszerűségek vezérlik a kép- feldolgozó neuronok tevékenységét? Mindezek ellenére látványos sikert értek el a közelmúltban a Mas- sachusettes Institute of Technology (MIT) kutatói. R. Woodhem és csoportja abból indult ki, hogy bármilyen tárgy azonosításához elégséges inr formációt szolgáltat az objektum háromdimenziós felszíne. Az általuk kidolgozott eljárásnak a „fotometri- kus sztereoszkópia“ elnevezést adták. A fotometria szó arra utal, hogy az azonosításra váró tárgy felületéről visszaverődő fény intenzitását, azaz erősségét jegyzik fel, és számítógépes feldolgozás alapján következtetnek az ismeretlen test formájára. Technikailag nagyon egyszerűen kivitelezhető, mivel csak egyetlen kamerára van szükség, valamint három egymástól független fényforrásra, melyek előre meghatározott gyakorisággal, szabályos sorrendben villannak föl, más-más oldalról világítva meg a robot kameraszeme által vizsgált eszközt. A robot beprogramozása úgy történik, hogy „megmutatnak“ neki minden olyan tárgyat, mellyel munkája során érintkezésbe léphet. A gép computer agya mindezt digitálizálja és úgynevezett általánosított gaussi alakban jegyzi meg. A felismerés pedig úgy megy végbe, hogy a robot a látott dolgokat összeveti a memóriájában felsorakoztatott prototípusokkal. Minél nagyobb egy robot memóriája, minél gyorsabb az agya, annál több tárgyat képes gyorsan és hiba nélkül azonosítani. A fotometrikus sztereoszkópiát óriási sikerrel próbálták ki az MIT kutatói. A robot egy gyűrűkkel, kockákkal, gömbökkel és egyéb alakzatokkal tele dobozból nagy biztonsággal válogatta ki a kívánt tárgyakat. Természetesen a módszernek még számtalan apró hibája van, többek között a felismerés alacsony sebessége, mely miatt munkatermelékenységben a látó robotok még nem vehetik föl a versenyt vak társaikkal szemben. A tudományos-technikai fejlődés azonban ezen a téren is döntő sikert hozhat a közeljövőben. RÉPÁS ISTVÁN IKERFOTONOK INTERFERENCIÁJA Bár a fotonok a legalaposabban tanulmányozott részecskék, egyre zavarba ejtóbb tények derülnek ki róluk. A rochesteri egyetemről L. Mandel és kutatócsoportja adott ezúttal hírt ilyen újabb jelenségekről. A nemlineáris optika képes egy foton „hasítással“ foton-ikerpárokat előállítani. így a megfelelő irányított- ságú kristályra bocsátott ultraibolya sugárból két vörös sugár keletkezik.- A kutatócsoport vizsgálatai szerint ezeknek a vörös sugaraknak a fotonjai a klasszikus statisztika helyett a kvantummechanika előrejelzései szerint viselkednek. Két kísérlet is igazolja különös viselkedésüket. Interferáltatásuk esetén, ha az egyik foton az ernyő valamelyik pontján megfigyelhető, az kizárja bizonyos pontok lehetőségét az ikerfoton számára. A másik Miért forgat balra? Bár a szimmetria megsértését már a fizikában is felfedezték, az élet ezen messze túltesz. A földi élővilág egyik alapvető építőköve, a fehérjék aminosava a laboratóriumi körülmények közt az egyenlő eséllyel szintetizálható tükörkép molekulaszerkezete közül minden esetben a balra forgató típust favorizálja. Amint ismeretes, a tükörszimmetrikus típusok egyike a polarizált fény síkját jobbra, a másik balra forgatja el. Az életnek ez a különbségtevése teljesen határozott és egyértelmű, például a pontosan azonos vegyi összetételű, de jobbra forgó fehérjeanyag az élő szervezet számára emészthetetlen, azt nem tudja feldolgozni. Sok találgatásra adott már okot ez a különös tény. Amikor az élet keletkezett az ősóceánok vizében, az „őslevesben“, feltehetően azonos mennyiségben szintetizálódott szervetlen kiinduló anyagból mindkét típusú aminosav-molekula. Talán a jobbra forgató rendszerek egyszerűen kihaltak? Talán a kristályosodási központok képződése kedvezőbb a balra forgató molekulák számára? Talán a jobbra forgató cukrokhoz való viszony az aszimmetria forrása? Talán egy később eltűnt szelekciós molekula kedvezett jobban a balra forgató fehérjeláncoknak? Most újabb gondolatként vetődött fel, hogy a szelektív hatásért a sugárzások felelősek. Az élet keletkezésekor még hiányzott a légkörből a szabad oxigén és ezzel a védő ózonréteg is. A földfelszín védtelenül ki volt téve a világűrből érkező sugárzásoknak. Ezt tetézte még a radioaktív elemek nagyobb koncentrációja a földkéregben. A kísérletek azt mutatják, hogy a béta-sugarak eltérő mértékben kásorítják a jobbra és balra forgató aminosavakat. Gyenge béta-sugarak hatásának tettek ki fele-fele arányban jobbra, illeve balra forgó aminosav típusokat tartalmazó keveréket. A mérések szerint 18 hónap múltán a jobbra forgató molekulák 80 százaléka bomlott el a sugárzás hatására, míg a balra forgatóknak csak 50 százaléka. A korai földtörténeti idők erős sugárterhelése tehát magyarázatul szolgálhat a szelekcióra. És ha már egyszer a fejlődés elindult a balra forgatás irányába, akkor önreprodukáló ereje megfordít- hatatlanul kizárólagossá teszi ezt a típust. Érdekes adat, hogy amikor 1969-ben Ausztráliában leesett az úgynevezett Murchison-meteorit, azon szerves vegyületeket, köztük aminosavakat is találtak, mégpedig keverve jobbra és balra forgató típusokat. Ez alátámasztja azt a feltevést, hogy a szerves anyagok nem biológiai úton is keletkeznek. -D• A hegesztőrobot egyelőre még az ember szemét veszi igénybe az ellenőrzéshez. (ÖSTK-felvétel) kísérletben féligáteresztő lemezzel dolgoztak. Ha erre két foton esik, mindegyiknek egyenlő esélye van az áthaladásra és visszaverődésre. Vagyis 50 százalék a valószínűsége, hogy az egyik áthalad, a másik visszaverődik, 25-25 százalék valószínűséggel fordul elő, hogy mindkettő áthalad, illetve visszaverődik. Az ikerfotonok azonban nem válnak el, szükségszerűen azonos módon folytatják útjukat, egyetlen kvantumállapotot képviselnek. TÜKÖR VAGY NEM TÜKÖR? Az általános relativitás elmélete veti fel a gravitációs tükrözés gondolatát. Ha a fénysugár egy nagy tömegű égitest közelében halad el, iránya elhajlást szenved. Képzeljünk el egy nagyon távoli kozmikus objektumot, amelyet valamilyen hozzánk közelebb eső, nagy tömegű égitest eltakar előttünk. A gravitációs tükrözés mégis láthatóvá teheti, mégpedig nem is egyszeresen, hanem megkettözve; a jobbról és balról megkerülő fénysugár - elhajlítva a nehézségi tértől - szemünkbe, illetve teleszkópunkba jut és mi mindkét sugár meghosszabbításában látjuk a tárgyat. Ez a feltételezés merült fel és járta be a tudományos szaksajtót a PKS 1145-071 kvazár kapcsán, az egymástól 4,2 ívmásodpercre látható két objektumot egy és ugyanazon kozmikus test tükrözéssel megkettózött képének fogták fel. Most négy csillagász, négy különböző európai és amerikai intézetben végzett egybehangozó vizsgálatai cáfolni látszanak a korábbi feltevést. Az optikai és rádió-sugártartomány- ban végzett mérések közül az utóbbiak százszoros intenzitásbeli eltérést mutatnak, holott tükrözés esetén egyforma értékeket kellene kapni. Itt két valóságos, „szomszédos“ kvazárról van szó, amelyek távolsága mindössze százezer fényév, ami valóban kevés a tőlünk mérhető több milliárdhoz képest. Ha az eredményeket a további megfigyelések igazolják, talán valamivel okosabbak leszünk a kvazárok eredetét illetően. '
